PLYNOVÁ CHROMATOGRAFIE (GC)

Podobné dokumenty
Při reálném chromatografickém ději nikdy nedojde k ustavení rovnováhy mezi oběma fázemi První ucelená teorie respektující uvedenou skutečnost byla

Vysokoúčinná kapalinová chromatografie. Petr Kozlík Katedra analytické chemie

Separační metody v analytické chemii. Plynová chromatografie (GC) - princip

CHROMATOGRAFIE ÚVOD Společný rys působením nemísících fází: jedna fáze je nepohyblivá (stacionární), druhá pohyblivá (mobilní).


Teorie chromatografie - I

Vysokoúčinná kapalinová chromatografie

Teorie chromatografie - II

Část 2, Základní principy HPLC

Vícefázové reaktory. Probublávaný reaktor plyn kapalina katalyzátor. Zuzana Tomešová

Metody separace. přírodních látek

TYPY KOLON A STACIONÁRNÍCH FÁZÍ V PLYNOVÉ CHROMATOGRAFII

Metody separační. -rozdělení vzorku na jednotlivá chemická individua nebo alespoň na jednodušší směsi - SELEKTIVITA - FRAKCIONAČNÍ KAPACITA

Dávkování vzorku v GC - II Příprava předmětu byla podpořena projektem OPPA č. CZ.2.17/3.1.00/33253

Separační metody Historie: Rozvoj separačních metod od minulého století Postavení separačních metod v rámci analytické chemie Význam chromatografie a

isolace analytu oddělení analytu od matrice (přečištění) zakoncentrování analytu stanovení analytu (analytů) ve vícesložkové směsi

Plynová chromatografie - GC 1.1 Princip metody Fyzikálně-chemická metoda dělení plynů a par využívající rozdělování složky mezi dvě nestejnorodé fáze,

Studijní materiál HMF_1 1. Hydroxymethylfurfural a jeho stanovení v potravinách 2. Kapalinová chromatografie (HPLC, UPLC)

NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY KAPILÁRNÍ KOLONY

Teorie transportu plynů a par polymerními membránami. Doc. Ing. Milan Šípek, CSc. Ústav fyzikální chemie VŠCHT Praha

Analýza kofeinu v kávě pomocí kapalinové chromatografie

Třífázové trubkové reaktory se zkrápěným ložem katalyzátoru. Předmět: Vícefázové reaktory Jméno: Veronika Sedláková

06. Plynová chromatografie (GC)

Gelová permeační chromatografie

Laboratoř ze speciální analýzy potravin II. Úloha 2 - Plynová chromatografie (GC-FID)

NÁPLŇOVÉ KOLONY PRO GC

Trendy v moderní HPLC

LABORATOŘ ANALÝZY POTRAVIN A PŘÍRODNÍCH PRODUKTŮ. Stanovení těkavých látek

NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY V GC (KAPILÁRNÍ KOLONY)

Výzkum vlivu přenosových jevů na chování reaktoru se zkrápěným ložem katalyzátoru. Petr Svačina

VYSOKOÚČINNÁ KAPALINOVÁ CHROMATOGRAFIE ZADÁNÍ ÚLOHY

Plynová chromatografie

Plynová chromatografie

ZÁKLADNÍ MODELY TOKU PORÉZNÍ MEMBRÁNOU

Průtokové metody (Kontinuální měření v proudu kapaliny)

Plynová chromatografie

Reaktory pro systém plyn-kapalina

Problémy v kapalinové chromatografii. Troubleshooting

mobilní fáze pohyblivá - obsahuje dělené látky, které mají různou afinitu ke stacionární fázi.

D2 - buď stejný teplotní program. jako D1 nebo odlišný od D1. (ale závislý) nástřik. Nástřik PEC 1 PEC 2

Chromatografie polymerů III.: IC+LC CC+LC LC. FFF-Field flow fractionation (Frakcionace tokem v silovém poli)

Principy chromatografie v analýze potravin

ULTRA PERFORMANCE LIQUID CHROMATOGRAPHY (UPLC) ULTRA-HIGH PERFORMANCE LIQUID CHROMATOGRAPHY (UHPC)

Třífázové trubkové reaktory se zkrápěným ložem katalyzátoru. Roman Snop

Metody separační. Klíčový požadavek -rozdělení vzorku na jednotlivá chemická individua nebo alespoň na jednodušší směsi

Skupenské stavy látek. Mezimolekulární síly

Plynová chromatografie

DETEKTORY pro kapalinovou chromatografii. Izolační a separační metody, 2018

LABORATOŘ OBORU I ÚSTAV ORGANICKÉ TECHNOLOGIE (111) Použití GC-MS spektrometrie

Autokláv reaktor pro promíchávané vícefázové reakce

Nauka o materiálu. Přednáška č.10 Difuze v tuhých látkách, fáze a fázové přeměny

Příprava materiálu byla podpořena projektem OPPA č. CZ.2.17/3.1.00/33253

Chromatografie na čipech

LABORATOŘ ANALÝZY POTRAVIN A PŘÍRODNÍCH PRODUKTŮ. Stanovení těkavých látek

Plynová chromatografie Aplikace v toxikologii. M. Balíková

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti CHROMATOGRAFIE

Příprava materiálu byla podpořena projektem OPPA č. CZ.2.17/3.1.00/33253

Vysokoúčinná kapalinová chromatografie Trendy

Spojení hmotové spektrometrie se separačními metodami

[ A] 7. KAPITOLA CHROMATOGRAFIE K =

Základem molekulové fyziky je kinetická teorie látek. Vychází ze tří pouček:

Chromatografie. Petr Breinek

PROCESY V TECHNICE BUDOV 11

II. Chromatografické separace

VÝUKOVÝ MODUL MEMBRÁNOVÝCH PROCESŮ TÉMATA PŘEDNÁŠEK

Chromatografické metody

2. Úloha difúze v heterogenní katalýze

Složení, vlastnosti plynů, spalovací vlastnosti, analýza TECHNICKÁ PRAVIDLA PLYNNÁ PALIVA. CHROMATOGRAFICKÉ ROZBORY

Destilace

Příprava materiálu byla podpořena projektem OPPA č. CZ.2.17/3.1.00/33253

Ultrastopová laboratoř České geologické služby

L 54/116 CS Úřední věstník Evropské unie

1141 HYA (Hydraulika)

Stanovení sacharidů ve vybraných přírodních matricích pomocí kapalinové chromatografie s odpařovacím detektorem rozptylu světla (HPLC-ELSD)

Membránové potenciály

HPLC analýza dexamethasonu v topických přípravcích (Rigorózní práce)

Příprava materiálu byla podpořena projektem OPPA č. CZ.2.17/3.1.00/33253

UNIVERZITA PARDUBICE Fakulta chemicko-technologická Katedra analytické chemie. Nám. Čs. Legií 565, Pardubice.

UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE FARMACEUTICKÁ FAKULTA V HRADCI KRÁLOVÉ RIGORÓZNÍ PRÁCE

Separační metody v analytické chemii. Kapalinová chromatografie (LC) - princip

Jednotné pracovní postupy zkoušení krmiv STANOVENÍ OBSAHU 5-VINYL - 2-THIOOXAZOLIDONU (GOITRINU) METODOU GC

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

Fyzikální chemie. Magda Škvorová KFCH CN463 tel února 2013

Chemie povrchů verze 2013

VYHODNOCOVÁNÍ CHROMATOGRAFICKÝCH DAT

Stanovení složení mastných kyselin

Příprava materiálu byla podpořena projektem OPPA č. CZ.2.17/3.1.00/33253

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti ELEKTROMIGRAČNÍ METODY

Aplikační rozsah chromatografie

Mol. fyz. a termodynamika

KATEDRA MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ A CHEMIE. 123TVVM transport vodní páry

Molekulová fyzika a termika. Přehled základních pojmů

VÝUKOVÝ MODUL MEMBRÁNOVÝCH PROCESŮ SYLABY PŘEDNÁŠEK TRANSPORT LÁTEK MEMBRÁNAMI MEMBRÁNOVÉ MATERIÁLY

Přednáška 2. Martin Kormunda

Chromatografické metody základní rozdělení a instrumentace

SBORNÍK PŘÍSPĚVKŮ. XXXVIII. Symposium o nových směrech výroby a hodnocení potravin Skalský Dvůr

Transkript:

PLYNOVÁ CHROMATOGRAFIE (GC) Dělení látek mezi stacionární a mobilní fázi na základě rozdílů v těkavosti a struktuře (separované látky vykazují rozdílnou chromatografickou afinitu) Metoda vhodná pro látky: - termostabilní a nereaktivní s ostatními látkami - s přijatelnou těkavostí - při 350 C musí být alespoň částečně v plynném stavu (horní hranice těkavosti, možnost derivatizace) - není vhodná pro většinu anorganických sloučenin (lze použít pro H 2 O, plyny apod.) http://web.vscht.cz/poustkaj 1

Molekulová hmotnost Odhad vhodnosti sloučeniny pro GC: GC Polarita http://web.vscht.cz/poustkaj 2

TECHNICKÁ REALIZACE PLYNOVÉ CHROMATOGRAFIE Nástřik - Injektor Split/splitless, on-column, pulzní techniky Nástřik velkých objemů (PTV, on-column-sve) Desorpční techniky Separace - kolona Náplňové a kapilární kolony Paralelní a vícerozměrná GC Detekce - detektor Retenční čas, spektrum T1 T2 Kvantifikace - software Odezva detektoru - plocha nebo výška píku T3 http://web.vscht.cz/poustkaj 3

GC SEPARACE - teorie I Po vstupu do kolony dochází k rozdělování molekul analytů mezi stacionární (SF) a mobilní fázi (MF), systém se blíží rovnovážné distribuci mezi SF a MF, což lze popsat pomocí distribuční konstanty K D K pohybu molekul kolonou dochází pouze prostřednictvím mobilní fáze - všechny molekuly projdou stejnou dráhou v odlišných časech podle rozdílné velikosti afinity ke stacionární fázi. Každá molekula může vstoupit do stacionární fáze a zase z ní vystoupit. Pokud je pozice obsazena, molekula putuje dále až najde volné místo. Na uvolněné místo může vstoupit další molekula. Při velkém množství molekul (přesycení systému) může dojít k rozšiřování eluční zóny a snížení zádrže (retence) - tzv. peak fronting. http://web.vscht.cz/poustkaj 4

GC SEPARACE - teorie II Separace 2 látek nastává, pokud je distribuce jejich molekul mezi SF a MF rozdílná. Možnosti zvýšení separace: 1. Zvýšením rozdílů retenčních časů (termodynamický aspekt) - ovlivnění interakcí mezi analytem a SF změnou K D a teploty 2. Zúžením píků (kinetický aspekt) - rozměry kolony, rychlost MF, parametry SF apod. úzké eluční zóny potřebují pro separaci menší rozdíl retenčních časů http://web.vscht.cz/poustkaj 5

GC SEPARACE - teorie III HLAVNÍ FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ SEPARACI: - stacionární fáze - větší rozpustnost (afinita) analytu pro danou SF = větší retence - struktura analytu - 1. analyt rozpustnější (s vyšší afinitou) pro danou SF než 2. analyt - teplota - ovlivňuje distribuci molekul mezi SF a MF teplota molekul v MF t R užší eluční zóny s nižšími retenčními časy Další faktory: rozměry kolony, nosný plyn a jeho rychlost http://web.vscht.cz/poustkaj 6

GC SEPARACE - kapacitní faktor - k Závisí na: typu kolony - SF a rozměry, teplotě, lineární rychlosti MF Molekuly jakéhokoliv analytu projdou stejnou délkou (objemem) kolony, což je tzv. mrtvý (eluční) objem vyjádřený jako retenční čas analytu procházejícího systémem bez zádrže v čase t M redukovaný retenční čas (t R ) vyjadřující dobu strávenou v SF je pro daný analyt získán jako retenční čas (t R ) zmenšený o mrtvý retenční čas: t R = t R - t M, retenční časy analytů se tedy liší o rozdíl časů strávených ve SF Kapacitní faktor (retenční faktor) k: - poměr doby strávené analytem v SF (t R ) a v MF (t M ) k = t R / t M = (t R - t M )/ t M Měřítko zádrže jedné sloučeniny v SF v porovnání s druhou (k = 0 bez zádrže, k =1 slabá zádrž, k =10 silná zádrž) - charakterizace GC separace z hlediska rychlosti http://web.vscht.cz/poustkaj 7

GC SEPARACE - distribuční konstanta K D - I Distribuční konstanta K D : - poměr molární koncentrace analytu v SF (c S ) a v MF (c M ) - vyjadřuje distribuci analytu mezi SF a MF - konstantní pro daný analyt, SF a teplotu Analyty se rozdělí mezi SF a MF v závislosti na teplotě kolony, své struktuře a charakteru SF (chromatografické afinitě) K D = c S / c M = k = (t R / t M ) (r / 2 d f ), kde = r / 2 d f = V M / V S je fázový poměr. http://web.vscht.cz/poustkaj 8

GC SEPARACE - distribuční konstanta II K D = c S / c M = k = (t R / t M ) (r / 2 d f ), = r / 2 d f = V M / V S je fázový poměr, k = K D / = K D 2 d f / r - užitečné pro odhad vlivu změn parametrů kolony při optimalizaci metody na retenci a účinnost kolony - pro zvýšení k je nutné buď K D nebo β a naopak β k (při K D konst.) = r / 2 d f β r (tedy poloměr kolony) nebo d f (tedy tloušťka SF) Vztah obsahující délku kolony a MF (nosný plyn - typ a průtok) t R = t M (2 c S d f ) / (c M r) ; t M = L / u t R = (2 c S d f L) / (c M r u) = (c S /c M ) (2 d f /r) (L/u) K D 1/ t M http://web.vscht.cz/poustkaj 9

GC SEPARACE - distribuční konstanta III Vliv teploty na K D teplota K D retence - malá změna teploty = velká změna retence (při konst.) K D silnější spojení se SF = t R - vícekrát přenos hmoty = delší analýza = více analytu ve SF, kde se nepohybuje analyt vnášen do detektoru dlouho v rozmyté zóně = široké píky K D více analytu v MF = t R - rychlý přenos do detektoru = úzké píky K D se nemění pro všechny analyty stejně - vhodné programování teploty: - na začátku analýzy K D (nižší teplota) - zlepšuje separaci - na konci analýzy K D (vyšší teplota) = užší píky http://web.vscht.cz/poustkaj 10

GC SEPARACE - separační faktor, selektivita - Schopnost SF separovat 2 sloučeniny - - poměr retencí dvou píků - vzdálenost mezi vrcholy dvou píků - žádná informace o kvalitě rozdělení, - stejné pro široké (slité) i úzké píky = k 2 / k 1 = (t R2 - t M ) / (t R1 - t M ) - určena funkčními skupinami, závisí na specifických interakcích analytů se SF - pokud > 1, lze sloučeniny rozdělit (někdy pouze částečně) - je-li =1, pak v daném systému nelze sloučeniny rozdělit http://web.vscht.cz/poustkaj 11

GC SEPARACE - účinnost (výkonnost) - I Účinnost (efficiency výkonnost) = počet teoretických pater - n účinnost šířka eluční zóny separační potenciál užší eluční zóny = vyšší kapacita píků - bezrozměrná veličina spočítaná pro 1 analyt - vztah mezi retenčním časem a šířkou píku n = 16 (t R /w b ) 2 = 5,545 (t R /w h ) 2 w b - šířka píku na základně, w h - šířka píku v polovině výšky http://web.vscht.cz/poustkaj 12

GC SEPARACE - účinnost (výkonnost) - II Účinnost = počet teoretických pater - n - n je dáno výběrem sloučeniny - píku použitého k výpočtu: je vyšší pro dříve se eluující sloučeniny a s rostoucím retenčním časem klesá (eluční zóny = píky se rozšiřují) - správná charakterizaci kolony - pík s k > 5 (lineární závislost n a k) - porovnání účinnosti kolon - použité píky identické k - vypočtené n ve skutečnosti popisuje účinnost celého analytického systému (injektor, průtok nos. plynu, teplota kolony, ) - zúžení píků programováním teploty - zásadní vliv na hodnotu n http://web.vscht.cz/poustkaj 13

GC SEPARACE - účinnost (výkonnost) - III Účinnost = počet teoretických pater - vliv teploty účinnost šířka eluční zóny izotermní X programovaná teplota http://web.vscht.cz/poustkaj 14

GC SEPARACE - účinnost (výkonnost) - IV Výška ekvivalentní teoretickému patru (h, HETP) h n účinnost - část kolony, ve které dojde jednou k ustavení rovnováhy - počet teoretických pater - celkový nebo na metr délky kolony h (HETP) = L / n - změna počtu teoretických pater v čase kontrola po definovaném počtu analýz = úředně uznatelný důkaz změny vlastností kolony - např. při akreditovaných analýzách zkrácení X výměna kolony http://web.vscht.cz/poustkaj 15

GC SEPARACE - rozlišení R Míra separace mezi dvěma píky s ohledem na šířku píků - měřítko kvality rozdělení sloučenin R je dáno účinností (n tvar píku), selektivitou stacionární fáze ( ) a retenčním časem (k) R = 1/4 n 1/2 ((α-1)/α) (k/(k+1)) nebo R = 1,18 (t R2 - t R1 ) / (w h1 + w h2 ) R < 1,5 (částečný) překryv píků; nižší n a R = 1,5 píky rozdělené bez baseline mezi sebou R > 1,5 píky rozdělené s odstupem; vyšší n a http://web.vscht.cz/poustkaj 16

GC SEPARACE - van Deemterova teorie - I Vlivy na eluční zóny (tvar píků) - rozšiřování a jiné deformace Teorie vytvořená pro náplňové kolony (následně zjednodušena pro kapilární kolony) 1. VÍŘIVÁ (turbulentní) DIFUZE v MF - H F Rozdílné proudění MF mezi částicemi sorbentu z důvodu rozdílných vzdáleností mezi nimi (tvoří se různé kanálky) molekuly analytů postupují v MF různě rychle 2. MOLEKULÁRNÍ (axiální nebo longitudinální) DIFUZE v MF - H L Analyt je na začátku kolony v úzké zóně o vysoké koncentraci při postupu kolonou na obou koncích zóny koncentrační gradient difuze molekul z místa o vyšší konc. do místa o nižší konc. (Fick. z.) - projevuje se méně s u http://web.vscht.cz/poustkaj 17

GC SEPARACE - van Deemterova teorie - II 3. ODPOR PROTI PŘENOSU HMOTY VE SF - H S Molekuly difundují z MF do SF a zpět a různě hluboko rozdílná zádrž Molekuly v MF předběhnou molekuly ve SF (SF je obsazena) rozšíření eleuční zóny 4. ODPOR PROTI PŘENOSU HMOTY V MF - H M Proud MF v koloně (v kanálcích mezi částicemi) nejednotný u stěny (povrchu sorbentu) minimální X ve středu toku maximální molekuly postupují různou rychlostí. Difuzní přestup molekul mezi proudy vyrovnání rozdílů. - projevuje se více s u H = H F + H L + H S + H M = A + B/u + (C S +C M ) u H = A + B/u + C u http://web.vscht.cz/poustkaj 18

GC SEPARACE Volba parametrů k dosažení požadovaného rozlišení 1. Programování teploty, programování tlaku, různé délky a průměry kolony, různé tloušťky SF - vliv na šířku píků, retenční čas (může dojít ke změně elučního pořadí), kapacitu píků, rozložení píků na chromatogramu 2. Volba stacionární fáze - rozdílnost charakteru a velikosti retence, rozdílnost selektivity - dochází ke změně elučního pořadí, rozdílný vliv na rozdílné analyty - aplikace paralelní chromatografie na dvou různých SF 3. Volba mobilní fáze - různé nosné plyny - rozdíly v rychlosti průtoku http://web.vscht.cz/poustkaj 19

GC SEPARACE Rozměry kolony - účinnost a rozlišení R = 1/4 n 1/2 ((α-1)/α) (k/(k+1)) t R = (2 c S d f L)/( c M r u) = (c S / c M ) (2d f / r) (L / u) n = L / h; n = 16 ( t R / w b ) 2 Délka kolony: L n 2x L R ale jen o 25-35 % Vnitřní průměr kolony: r n 4x r 2x R Tloušťka filmu SF: d f retence Velmi těkavé sl. (k < 5): d f n Méně těkavé sl. (k > 5): d f n (eluce za vyšších T rozšiřování píků) http://web.vscht.cz/poustkaj 20

GC SEPARACE Teplota - účinnost a rozlišení teplota retence Vliv na rozlišení není jednoznačný, ale je významný - teplota ovliňuje nejen retenci, ale i šířku píku, tj. účinnost. Významnou roli hraje programování teploty - buď lineárně nebo v různých rampách a gradientech - lze ovlivnit i pořadí eluce analytů (podle významnosti vlivů - tbv, afinita) a rozlišení. DĚLENÍ ČLENŮ HOMOLOGICKÝCH ŘAD: změna teploty má podobný vliv na retenci všech analytů DĚLENÍ SLOUČENIN RŮZNÉHO CHARAKTERU: změna teploty má zásadní vliv na dělení Minimální změna teploty může mít významnější vliv na dělení než změna tloušťky filmu či délky kolony http://web.vscht.cz/poustkaj 21

GC SEPARACE Nosný plyn I - účinnost a rozlišení Inertní, neovlivňuje sorpce-desorpce ani selektivitu Jeho typ a rychlost průtoku ovlivňují účinnost a dobu analýzy Lineární rychlost - u (cm/s) - rychlost nosného plynu při postupu kolonou - není stejná v celé koloně - používá se průměrná Van Deemterova křivka - vztah u a účinnosti vyjádřené jako h (výška ekvivalentní teor. patru) - pro h min je dosaženo nejvíce teor. pater tedy nejvyšší účinnosti h = A + B / u + C u http://web.vscht.cz/poustkaj 22

GC SEPARACE Nosný plyn II - účinnost a rozlišení Golayova rovnice pro kapilární kolony - neobsahuje A (sorbent): h = B / u + C u u = malá rychlost analytu v koloně = více přenosů hmoty mezi MF a SF velká longitudinální difuze (zóny se smývají) u = minimální longitudinální difuze pouze omezený počet přenosů hmoty OPTIMÁLNÍ LINEÁRNÍ RYCHLOST je proto kompromisem pro tyto protichůdně působící jevy. http://web.vscht.cz/poustkaj 23

GC SEPARACE Dusík jako nosný plyn - N 2 Nejvyšší účinnost (h min ) Hodnota optimální u - nízká (malé průtoky) a velice úzký rozsah vysoké retenční časy - křivka velmi strmá malé zvýšení rychlosti = velká změna účinnosti - není-li aplikován konst. průtok, dochází k eluci při neoptimální lin. rychl. - levný a dostupný - možnost výroby - generátor http://web.vscht.cz/poustkaj 24

GC SEPARACE Helium jako nosný plyn - He Přijatelně vysoká účinnost (h min ) - nižší než u N 2 Hodnota optimální u - dostatečně vysoká a větší rozsah nižší retenční časy- křivka není tak strmá zvýšení rychlosti = malá změna účinnosti - drahý a omezeně dostupný dochází k nárůstu ceny http://web.vscht.cz/poustkaj 25

GC SEPARACE Vodík jako nosný plyn - H 2 Vysoká účinnost (h min ) - mezi N 2 a He Hodnota optimální u - vysoká a velký rozsah nižší retenční časy- křivka je plochá zvýšení rychlosti = minimální změna účinnosti - přijatelná cena a dostupnost - možnost výroby - generátor http://web.vscht.cz/poustkaj 26